【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于自由空间光传输领域，更具体地，涉及一种基于速率兼容调制的自由空间光传输方法及系统。
技术介绍
1、随着b5g甚至6g时代的来临，移动终端的数量逐渐增多，用户接入环境和场景逐渐复杂。为了全面支持物联网设备流量与数量的空前增长以及高速的多媒体服务，仅依靠传统的射频通信已经无法满足上述要求。这是因为随着速率的提升，射频信号的载波频率逐渐提高，再往毫米波段研究，因此，无论是可用频谱范围和全地形覆盖的能力都是不够的。
2、在此背景下，混合自由空间光通信系统因其宽带宽、可用光谱范围广、易于部署和更高的安全性而成为一种有前景的解决方案。然而，大气湍流、天气不稳定、指向误差等外部因素引发的接收光功率随机波动，会严重影响自由空间光链路的有效信噪比。因此，一个可靠且高效的自由空间光通信系统，必须能够根据信道条件不断调整其速率并提供尽可能高的吞吐量。
3、传统的速率自适应方案被称为自适应调制与编码，可以根据信道条件选择调制格式和前向纠错编码率；但是，其信道估计的准确性很难保证；而且，其速率自适应是离散的、阶梯式的，不能最大化系统容量；除此之外，物理层的实现也是一个挑战。打孔的前向纠错编码可以稍微缓解上述问题，但是，在低信噪比下，该方法下的系统误码率会急剧上升，导致通信的中断，威胁系统的可靠性。另外一种策略是基于混合自动重传请求协议。然而，现有方法的可调谐速率和动态范围都十分有限，难以满足传输需求。
技术实现思路
1、针对现有技术的缺陷和改进需求，本专利技术提供了一种
2、为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种基于速率兼容调制的自由空间光传输方法，包括：s1，发送端利用映射矩阵将原始信息比特映射为速率兼容的符号并发送；其中，所述映射矩阵满足以下条件：不存在四环现象、各行的非零权重数量相同且各列的非零权重数量相同，以使得所述符号被重传时信息能量均匀增加；s2，接收端接收所述符号，基于所述映射矩阵，利用最大后验概率解码所述符号以恢复出所述原始信息比特，校验恢复出的原始信息比特的传输速率和信号质量是否满足设定要求，并在满足时发送确认信号；s3，所述发送端接收到所述确认信号时发送下一速率兼容的符号，否则，重复发送当前速率兼容的符号。
3、更进一步地，所述s1之前还包括：根据给定权重集合中的权重个数m构建基矩阵pm×m，pm×m中元素取值为0或1；利用爬山算法策略构建移位矩阵qm×m，qm×m中元素为取值范围在[0,n/m)之间的整数，其中，n为所述原始信息比特的长度；构建初始映射矩阵gc×n，构建方式为：gc×n均匀划分为m×m块，当pm×m中第m行第n列的元素pmn＝0时，gc×n中第m行第n列的矩阵gmn为全零矩阵，当pmn＝1时，gmn为循环移位后的单位矩阵，循环移位次数等于qm×m中第m行第n列的元素qmn的值，m＝1,2,…,m，n＝1,2,…,m，其中，c为一次传输的速率兼容的符号的数量；用所述给定权重集合中的权重替换gc×n中的非零元素，得到所述映射矩阵。
4、更进一步地，所述给定权重集合为：{±1,±2,±4,±4}、{±1,±1,±2,±2}、{±1,±1,±1,±1}、{±1,±1}、{±1}中的任一种。
5、更进一步地，所述利用爬山算法策略构建移位矩阵qm×m，包括：随机生成初始移位矩阵q′m×m；以q′m×m中形成最大环长为调整目标调整q′m×m，直至所有的四环被消除，得到qm×m。
6、更进一步地，所述s2中解码所述符号，包括：s21，初始化和t的初始值为1，其中，表示第t次迭代时，从变量节点vi传递至符号节点的信息；p0为预设常数；s22，结合和以信息从传递至vi为方向更新和其中，表示第t次迭代时，从符号节点传递至变量节点vi的信息；s23，结合更新后的和以信息从vi传递至与其连接的为方向更新和s24，重复执行所述s22-s23以进行多次迭代，并根据最后一次迭代得到的和判决出vi的值。
7、更进一步地，所述s22中和的更新方式为：
8、
9、
10、其中：
11、
12、
13、
14、其中，pj\i(k)为sj\i中第k个可能的值的分布；sj\i为除了与符号节点连接的信息比特外其他信息比特与各自对应的权重因子的求和，pe为噪声的概率密度函数，k为sj\i中可能的值的个数，wij为符号节点和其连接的变量节点vi对应的映射矩阵中的权重因子，为卷积运算，p()为概率分布函数，wl为与对应的权重，为原始信息比特中第l个被赋予非零权重的信息比特，l为原始信息比特中被赋予非零权重的信息比特数。
15、更进一步地，所述s23中和的更新方式为：
16、
17、
18、其中，j∈m(i/j)，m(i/j)表示连接vi且不连接的所有符号节点的集合。
19、更进一步地，所述s24中判决出vi的值为：
20、vi＝0,if pi(0)≥pi(1)
21、vi＝1,if pi(0)<pi(1)
22、其中：
23、
24、
25、其中，pi(0)、pi(1)分别表示信息比特为0、1的概率，m(i)为vi相邻符号节点的集合，分别为最后一次迭代得到的
26、更进一步地，所述发送端和所述接收端之间通过自由空间光传输系统传输信号。
27、按照本专利技术的另一个方面，提供了一种基于速率兼容调制的自由空间光传输系统，包括：发送端、接收端和自由空间光传输系统，所述发送端和所述接收端之间通过自由空间光传输系统传输信号；所述发送端和所述接收端用于执行如上所述的基于速率兼容调制的自由空间光传输方法。
28、总体而言，通过本专利技术所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
29、针对混合自由空间光通信系统中面临的无法根据变化信道进行大范围、高效率、高可靠性的速率调整问题，提出了一种基于速率兼容调制的自由空间光传输方法，其通过能量均匀增加的映射方式，把原始信息比特映射成速率兼容调制的符号，同时设计了速率校验确认和确认反馈重传机制，可以无缝地调整自由空间光链路传输的速率，并且可以覆盖极大的动态范围，保证链路的通信不中断；
30、相比于传统的自适应调制和编码方案，该方法的速率调整是连续的，因此，可以最大化系统容量；除此之外，该方法在调整速率期间不需要更改映射矩阵，便于物理层的实现；
31、相比于打孔的前向纠错编码方案，该方法能够克服前者在低信噪比下失效的致命缺点，保证了在极低信噪比下仍然可以通信而不中断；相比基于混合自动重传请求协议的速率调整方案，该方法能够提供更大的信噪比覆盖范围和相同信噪比下更高的传输速率。
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1.一种基于速率兼容调制的自由空间光传输方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的基于速率兼容调制的自由空间光传输方法，其特征在于，所述S1之前还包括：
3.如权利要求2所述的基于速率兼容调制的自由空间光传输方法，其特征在于，所述给定权重集合为：{±1,±2,±4,±4}、{±1,±1,±2,±2}、{±1,±1,±1,±1}、{±1,±1}、{±1}中的任一种。
4.如权利要求2所述的基于速率兼容调制的自由空间光传输方法，其特征在于，所述利用爬山算法策略构建移位矩阵QM×M，包括：
5.如权利要求1-4任一项所述的基于速率兼容调制的自由空间光传输方法，其特征在于，所述S2中解码所述符号，包括：
6.如权利要求5所述的基于速率兼容调制的自由空间光传输方法，其特征在于，所述S22中和的更新方式为：
7.如权利要求5所述的基于速率兼容调制的自由空间光传输方法，其特征在于，所述S23中和的更新方式为：
8.如权利要求5所述的基于速率兼容调制的自由空间光传输方法，其特征在于，所述S24中判决出vi的
9.如权利要求1所述的基于速率兼容调制的自由空间光传输方法，其特征在于，所述发送端和所述接收端之间通过自由空间光传输系统传输信号。
10.一种基于速率兼容调制的自由空间光传输系统，其特征在于，包括：发送端、接收端和自由空间光传输系统，所述发送端和所述接收端之间通过自由空间光传输系统传输信号；
...【技术特征摘要】
1.一种基于速率兼容调制的自由空间光传输方法，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的基于速率兼容调制的自由空间光传输方法，其特征在于，所述s1之前还包括：
3.如权利要求2所述的基于速率兼容调制的自由空间光传输方法，其特征在于，所述给定权重集合为：{±1,±2,±4,±4}、{±1,±1,±2,±2}、{±1,±1,±1,±1}、{±1,±1}、{±1}中的任一种。
4.如权利要求2所述的基于速率兼容调制的自由空间光传输方法，其特征在于，所述利用爬山算法策略构建移位矩阵qm×m，包括：
5.如权利要求1-4任一项所述的基于速率兼容调制的自由空间光传输方法，其特征在于，所述s2中解码所述符号，包括：
【专利技术属性】
技术研发人员：戴潇潇，邹阳，舒涛，刘陈，程孟凡，邓磊，杨奇，刘德明，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：
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